Astronomen haben den ersten rückläufigen Exoplaneten um einen kühlen M-Zwergstern entdeckt. Der rund 73 Lichtjahre entfernte Sub-Neptun GJ 3090 b kreist entgegen der Rotationsrichtung seines Heimatsterns und wirft mit dieser ungewöhnlichen Bahn neue Fragen zur Entstehung von Planetensystemen auf.
In den Tiefen unseres kosmischen Nachbarbereichs zieht ein kleiner Planet seine Bahnen auf völlig unerwartete Weise. Forscher haben einen Himmelskörper beobachtet, der sich exakt entgegengesetzt zur Rotation seines eigenen Sterns bewegt. Bislang war ein derartiges Phänomen bei dieser Art von kühlen Sternen noch nie nachgewiesen worden (den Fund beschreibt die Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics näher). Die Entdeckung zeigt, dass unser Verständnis darüber, wie Planetensysteme heranwachsen und sich im Laufe der Zeit ausrichten, noch einige Überraschungen bereithält.
Entdeckung am NIRPS-Spektrografen in La Silla
Der rückwärts kreisende Himmelskörper trägt die Bezeichnung GJ 3090 b und gehört zur Klasse der Sub-Neptune, die gelegentlich auch als Mini-Neptune bezeichnet werden (wie Berichte detailliert ausführen). Mit etwa dem 2,2-fachen Radius und der 4,5-fachen Masse der Erde umrundet er seinen Stern in einer extrem kurzen Umlaufzeit von rund 2,9 Tagen. Der Stern selbst befindet sich rund 73 Lichtjahre von unserem Sonnensystem entfernt und wird von mindestens einem weiteren Planeten begleitet.
Die Messdaten für diese Entdeckung stammen vom NIRPS-Spektrografen, der am 3,6-Meter-Teleskop der Europäischen Südsternwarte in La Silla in Chile installiert ist. Um die ungewöhnliche Schräglage zu ermitteln, nutzte das Forschungsteam einen physikalischen Effekt, der bei der Vorbeiziehung eines Himmelskörpers vor seiner leuchtenden Sonne entsteht.
Der Rossiter-McLaughlin-Effekt macht die Umlaufbahn sichtbar
Normalerweise bildet sich ein Planetensystem aus einer riesigen rotierenden Wolke aus Gas und Staub. Diese Materie formt eine Scheibe, deren Drehrichtung direkt von der Rotationsachse des zentralen Sterns bestimmt wird. Planeten, die daraus hervorgehen, übernehmen diese Ausrichtung gewöhnlich.
Um zu überprüfen, ob dies auch bei GJ 3090 b der Fall ist, analysierten die Wissenschaftler den sogenannten Rossiter-McLaughlin-Effekt. Wenn ein Planet vor seinem rotierenden Stern vorübergleitet, verdeckt er nacheinander Zonen der Sternoberfläche, die sich entweder auf die Erde zu oder von ihr wegbewegen. Die daraus resultierenden feinen Veränderungen im Sternenlicht erlauben es Astronomen, die genaue Ausrichtung der Umlaufbahn zu bestimmen.
Das Team wertete insgesamt fünf erfolgreiche Planetendurchgänge aus einer Serie von sechs Beobachtungen aus. Das Ergebnis der Analyse zeigte eine Neigung der Umlaufbahn um etwa 136 Grad mit einer Unsicherheit von rund 20 Grad. Werte, die über 90 Grad hinausgehen, kennzeichnen in der Astronomie eine rückläufige beziehungsweise retrograde Bahn.
Fehlender Riesenplanet stellt gängige Theorien infrage
Bislang erklärten Astronomen stark geneigte oder rückläufige Planetenbahnen meist durch den gravitativen Einfluss eines schweren Nachbarn, der den kleineren Himmelskörper nachträglich aus seiner Bahn geworfen hat. Um diese Hypothese zu testen, suchte das Team mit hochauflösenden Aufnahmen und präzisen Geschwindigkeitsmessungen des Sterns nach einem solchen äußeren Störenfried.
Die Suche blieb jedoch ergebnislos. Einen massiven Sternbegleiter konnten die Forscher im Umkreis von bis zu drei Astronomischen Einheiten ausschließen. Auch Planeten mit mehr als Jupitemasse ließen sich innerhalb von rund 15 Astronomischen Einheiten nicht nachweisen. Damit ist GJ 3090 b der erste bekannte Fall in einem Mehrplanetensystem mit einer gekippten Bahn, in dem weder ein schwerer äußerer Planet noch ein entfernter Sternbegleiter existiert.
Eine zweite Gasscheibe als Ursprung der Schieflage
Als wahrscheinlichste Erklärung favorisieren die Forscher daher ein Szenario, bei dem die Schieflage von Beginn an im System angelegt war. Fällt lange nach der eigentlichen Sternentstehung frisches Gas aus der umliegenden Sternumgebung auf den Himmelskörper ein, kann sich eine zweite Scheibe bilden. Diese muss nicht zwangsläufig mit der ursprünglichen Rotationsachse des Sterns übereinstimmen.
In einer solchen sekundären Scheibe könnten alle Planeten des Systems entstanden und anschließend nach innen gewandert sein, weshalb ihre Bahnen untereinander weiterhin in einer gemeinsamen Ebene verlaufen. Dass diese Neigung bei GJ 3090 b nach etwa einer Milliarde Jahren Bestehens bis heute erhalten geblieben ist, führen die Wissenschaftler auf den großen Abstand des Planeten zurück. Bei kühlen M-Zwergen richten Gezeitenkräfte geneigte Umlaufbahnen im Laufe der Zeit normalerweise neu aus, doch bei diesem Exemplar greift dieser Effekt nur sehr schwach.
